VOD法.docVIP

VD(Vacuum Degassing)精炼法是将转炉、电炉的初炼钢水置于真空室中，同时钢包底部吹氩搅拌的一种真空处理法，如图8-9所示。可进行脱碳、脱气、脱硫、去除杂质、合金化和均匀钢水温度、成分等处理。其主要设备由真空系统、真空罐系统、真空罐盖车及加料系统组成。适于生产各种合金结构钢、优质碳钢和低合金高强度钢。在VD炉上增加顶吹氧系统，构成VOD炉，如图8-10所示。此法可以完成真空吹氧脱碳的功能，适宜冶炼低碳钢和低碳不锈钢。VOD法(vacuum oxygen decarburization)一种在真空条件下吹氧脱碳并吹氩搅拌生产高铬不锈钢的炉外精炼技术。是真空吹氧脱碳法的简称。1965年联邦德国Edelstahlwerk Witten公司于1965年开发的(50tVOD炉)。世界VOD炉的总数已有50台以上，容量在5150t之间，最大的是日本新日铁八幡制铁厂的150t。VOD炉。中国采用VOD法精炼虽起步较晚(1978年在大连)，但也有了一定的基础和规模，除大连外，重庆、上海、抚顺、西宁、北京等均先后建有VOD炉，并各自取得了具有本厂特色的经验。 城市用水图1VOD炉(罐式)设备概观1一氧枪；2一取样、测温13一热电偶；4一氩气5一钢包；6一合金料仓7一罐盖；8一防溅盖9一废气排出0；10一废气温度测量；ll一真空罐；12一滑动水0；13一冷却水泵；14一EMK电池；15一循环泵设备 由真空罐、真空泵、钢包、氧枪、加料系统及取样、测温装置和终点控制仪表等组成。(见图1)充足的蒸汽、水、氧气和氩气来源，高质量的耐火材料，适用的扒渣工具及高效率的钢包烘烤装置也是保证VOD炉正常生产的必要条件。真空罐 VOD炉有两种型式：钢包置于真空罐内进行精炼的罐式和在钢包上直接加真空盖的桶式。罐式VOD炉有许多优点：罐盖面积大，易于布置不同用途的装置；罐内可容纳大小不同的钢包；易与真空泵连接；钢包上部不必带法兰，结构简单且可以使用较小的自由空间；易于设置防溅盖；真空罐密封法兰较大，罐盖落下时易于对准，较易保证密封等。由此罐式VOD炉得到较大的发展。为了减少钢渣喷溅和防止罐盖过热，在精炼钢包和罐盖之间设有防溅盖。大连钢厂的VOD炉采用将防溅盖悬挂于罐盖下部的结构，其优点是闭罐时防溅盖随罐盖下落，可以自动地对准中心盖于钢包上，简化了盖罐操作。此外罐底还设有可容纳钢水和炉渣的防漏盘，以防漏钢烧坏真空罐。钢包 罐式VOD炉与桶式VOD炉的钢包是有区别的：前者的钢包不设密封法兰，其自由空间因钢包容量不同波动于6101400mm之间；而后者为了保持密封设有法兰，且自由空间比前者要加高2550，即要有15002000mm的自由空间以承受激烈的搅拌和沸腾。VOD炉的包衬承受温度较高，钢液搅动激烈，它经受的化学侵蚀和机械冲刷也比其他炉外精炼方法的更为严重，故对包衬耐火材料的选择应特别严格，多采用镁铬砖式镁白云石砖，其包衬寿命一般为2530炉，最高可达100炉。为了加速脱碳，透气砖装于钢包底部中心部位，以便上涌的氩气泡将钢水面的炉渣推向包壁，使新鲜钢液暴露于氧气射流之下。真空泵 较高的真空度易于达到较高的技术经济指标，同时考虑到向真空室吹入氧气进行脱碳时，会产生大量CO气体，必须及时抽出，故与其他精炼设备相比VOD炉所配的真空泵抽气能力较大一些。对真空系统的除尘也要采取相应措施加以解决。氧枪 设在VOD炉的真空盖上，通过活动密封装置插入真空室内。氧枪有两种类型，一种是在钢管上涂耐火材料的消耗式氧枪，为ASEASKl7精炼炉所用；VOD炉多采用水冷式非消耗氧枪，喷嘴为拉瓦尔式。当氧气压力为049059MPa，氧枪设计马赫数为3，扩张半角为5。时，吹氧过程是十分平稳的。氧枪距钢水面高度对13tVOD炉约为10m左右，而对50tVOD炉则为1418m。由于这种氧枪喷出的氧气射流速度为超音速，在入口压强不高的条件下也可以获得较大的射流全压，因而允许在氧气压强较低和离钢水面较远的情况下吹氧，这不仅对提高氧枪寿命有益，对不易获得高压氧气的特殊钢厂，采用它也是极为适宜的。终点控制仪表 一般采用氧浓差电池为主，废气温度和真空计为辅的废气检测系统。氧浓差电池控制吹炼过程的原理是：式中R为气体常数，8315Jmol；T为绝对温度，K；F为法拉第常数，96500Cmol；E为固体电池的电势，1000mV。根据上式，废气中氧的分压PO2(废)愈低，则电池电势E愈大；PO2(废)愈高，则电池电势愈小，当PO2(废)=0021MPa时，E就变为零(因为PO2(空)=0021MPa)、PO2(废)0021MPa时，E变为负值。由于吹氧过程中产生大量CO会改变PO2(废)，脱碳激烈时PO2(废)极小，E增大；脱碳微弱时，CO很少，E会趋近于零，因此根据氧浓差电势的开始上升，在一定E值下波动和趋近于零，即可确定吹氧脱碳的起点、正常进行和终点。氧浓差电池只适用于控制趋低碳(C0.5%)倒入钢包，经扒渣机扒渣后吊进真空缶，加盖密封，桶底吹氧并连续抽真空，当真空度达到100200torr时，开始顶吹氧脱碳。脱碳初期为防止大的喷溅应提高氧枪高度，钢包底部吹入小的氩气流量，随着脱碳的进行要不断地提高真空度。当碳含量达到0.08%、真空度达到30torr时停吹氧，此时，利用钢水中的氧进行真空脱碳，根据终点碳的不同，真空度和真空脱碳的时间也不同。达到终点碳后加入造渣剂(CaO，CaF)和脱氧剂进行还原精炼，充气开缶，停氩，吊出钢包后送连铸工序。VOD炉脱碳工艺VOD炉的脱碳精炼主要由氧的供给速度(强度)、顶吹氧枪的高度、真空度(真空泵的启动台数)和底吹氩流量来控制。脱碳过程分两个阶段，即真空吹氧脱碳阶段和真空脱碳阶段。在吹氧脱碳的初期首先发生约2分钟的脱硅，随后开始脱碳，此时为了防止大的喷溅堵加料管等问题，可采取高枪位(900mm)、减少氩流量的措施。吹氧脱碳速度与供氧强度、吹氩强度、起始碳量和钢水温度有关。起始碳为0.27%，平均脱碳速度0.0125%min，0.41%时为0.0188%min。底吹氩强度达到0.010.02Nm3(tmin)的强搅拌不仅可以减少铬的氧化，而且可以明显地提高脱碳速度。当钢中的碳含量达到0.08%后应进行真空脱碳，要求的终点碳越低，真空度也越低，脱碳时间越长，一般为1530min。由于VOD炉的脱碳是在真空缶中进行的，因此VOD炉的操作必须采用自动化控制。其中终点碳的控制对整个冶炼过程的顺利进行和成品碳含量的控制都是极其重要的。终点碳的判定主要有废气分析法和气相定碳法。废气分析法是用红外线分析仪分析废气中的CO、CO2及O2成分，并参考真空度的变化，以控制VOD的精炼过程。这种方法能准确地确定停吹氧时间，而且不受设备具体条件的限制。气相定碳法是测定废气总量及其CO、CO2的含量，用以计算出碱含量随时间的降低曲线，达到终点碳后停吹氧。VOD炉的还原精炼VOD炉真空脱碳后钢中的终点氧含量随着成品碳含量的降低而降低。一般在300ppm左右。铬的氧化量随终点碳含量的降低而增加。为了还原渣中的铬和对钢水脱氧，VOD炉用FeSi铁和铝进行还原精炼。添加FeSi后用1kgt铝脱氧，钢中的氧含量可达到30ppm水平。由于传统的VOD炉底吹氩强度只有0.007Nm3(tmin)，所以脱硫比较困难，目前采用了强搅拌的SSVOD法，用2个以上的透气砖或用36根24mm的不锈钢管吹氩，供气强度达到0.010.02Nm3(tmin)，从而可以生产超低硫(10ppm)的不锈钢。VODC法(vacuum oxygen decarburization converter)转炉真空吹氧脱碳法的简称。是德国于1976年开发的。其目的主要在降低AOD法冶炼不锈钢过程的巨大氩耗量(1520m3t)。VODC炉的概貌如图示。以55tVODC炉为例，其脱碳过程分非真空吹氧脱碳和真空脱碳两部。非真空脱碳开始吹氧的VODC炉概貌VAD碳含量为147，利用顶枪吹氧和底部吹氩(05m3min)搅拌1517min，将钢水碳含量降到02496后停吹氧，再在真空下底吹氩(05m3min)1516min，利用钢水和炉渣中FeO等，将钢水中碳降到0017，进而脱氧和调整成分以炼出超低碳不锈钢。此法的优点是脱碳速度快，氩耗量少(仅为1m3t)，炉衬寿命(白云石砖)达83次，铬的回收率为985，钢水硫含量可以降低到0006一6，硅的消耗量平均为958kgt。冶炼时间最短为84min，平均为102min。VODC炉概貌SSVOD法(strong stirring VOD)强搅拌VOD法的简称。一种生产超纯铁素体不锈钢的真空吹氧脱碳法。铁素体不锈钢如26Cr-1Mo、30Cr一2Mo等抗应力腐蚀性能较高，且不含Ni，因而原材料成本较低，是发展廉价不锈钢的重要方向。但当此类钢含(C+N)较高时，焊接部位的耐蚀性和韧性会很差，很难加工成形。克服这种缺点的可靠途径就是用真空精炼的手段将钢中(C+N)降到极低的水平。以2.5mm厚的钢板为例，因铬含量不同(C+N)的允许含量如表中所示。FeCr合金焊接钢材C+N允许含量(板厚25mm)钢中Cr含量钢中c+N含量10-6晶界腐蚀允许量韧性允许量192630356080100130130200约2507002005008010020以下要把(C+N)脱到表列水平，仅靠VOD炉包底一个透气砖吹氩，其通氩搅拌能力是远远不够的。为了解决这个问题，日本冶金工作者在包底装设了两个以上的透气砖，由此产生了强搅拌VOD法，为冶炼超